周俊

摘 要：超寬帶技術(shù)是源于美國(guó)的新型通信技術(shù)，由于其具備其他通信技術(shù)難以比擬的優(yōu)點(diǎn)，而獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。我國(guó)信息技術(shù)的迅速發(fā)展以及信息通訊系統(tǒng)的完善，為超寬帶無(wú)限通信技術(shù)的發(fā)展奠定了雄厚的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。超寬帶無(wú)限通信系統(tǒng)是發(fā)展最為迅速、前景最為樂(lè)觀的一種技術(shù)、它也是一個(gè)涉及多個(gè)子系統(tǒng)和由多個(gè)環(huán)節(jié)鏈接而成的整體。

關(guān)鍵詞：超寬帶；無(wú)線通信技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)： TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）18-146-2

0 引言

超寬帶無(wú)線通信技術(shù)（UWB）是使用一種持續(xù)時(shí)間較短的能量脈沖序列，然后再經(jīng)過(guò)相關(guān)的正交頻分調(diào)制或者說(shuō)直接排序把脈沖擴(kuò)展到一定的頻率范圍之內(nèi)的一種無(wú)載波無(wú)線通信互聯(lián)技術(shù)。UWB的帶寬非常寬，但是其頻譜的功率密度相對(duì)來(lái)說(shuō)又非常小，這就造就了UWB的另一特點(diǎn)，那就是擴(kuò)頻通信。

1 超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的含義

隨著我國(guó)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，國(guó)家業(yè)已形成初步的信息通訊系統(tǒng)，此舉為超寬帶無(wú)限通信技術(shù)的發(fā)展奠定了雄厚的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的形成使得終端設(shè)備連接在一起形成一個(gè)完整的系統(tǒng)成為可能。

1.1 超寬帶系統(tǒng)的含義

如前所述，超寬帶技術(shù)的研究興起于西方國(guó)家，因而，在超寬帶無(wú)限通信領(lǐng)域最具權(quán)威的機(jī)構(gòu)莫屬美國(guó)聯(lián)邦委員會(huì)。對(duì)超寬帶無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行研究，首先應(yīng)該明晰其內(nèi)涵和特征。根據(jù)該機(jī)構(gòu)給出的定義，超寬帶是與傳統(tǒng)寬帶相對(duì)應(yīng)的一種寬帶技術(shù)，其特殊之處表現(xiàn)在其絕對(duì)帶寬大于500MHz，或者從另一個(gè)角度進(jìn)行衡量，其信號(hào)的-10db相對(duì)超過(guò)1/5。

1.2 超寬帶系統(tǒng)的特征

①與傳統(tǒng)寬帶技術(shù)相比，超寬帶技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域以及樂(lè)觀的發(fā)展前景。超寬帶可與多媒體技術(shù)融合應(yīng)用于商業(yè)，與信息系統(tǒng)相連接用于交通領(lǐng)域，與家庭網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合服務(wù)家庭生活。

②它還可以與無(wú)線傳感器相融合，用于定位捕捉動(dòng)態(tài)信息。除此之外，超寬帶技術(shù)可以節(jié)約成本、降低能耗、高速完成傳輸任務(wù)。

隨著社會(huì)的發(fā)展，人口增長(zhǎng)與資源開(kāi)發(fā)之間的關(guān)系越發(fā)微妙，資源面臨枯竭的危險(xiǎn)，與此相對(duì)應(yīng)，資源的減少帶來(lái)的是邊際成本的迅速提高。就無(wú)線通信技術(shù)所依賴的頻譜資源而言，頻譜的范圍是極其寶貴而有限的，但使用無(wú)線頻譜的機(jī)構(gòu)或者領(lǐng)域是非常廣泛的，無(wú)論是國(guó)防領(lǐng)域，還是雷達(dá)探測(cè)，還是民用通信，均離不開(kāi)頻譜資源。

解決頻譜資源短缺的方式有兩種：

①科學(xué)合理地分配無(wú)限頻譜資源、提高無(wú)線頻譜資源的利用效率；

②開(kāi)發(fā)新的替代資源。其中，超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)即是嘗試通過(guò)提高無(wú)線頻譜資源的利用效率的方式，應(yīng)對(duì)無(wú)限頻譜資源稀缺的困境。

綜上所述，超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用空間，在短距離傳輸信號(hào)以及無(wú)線通信方面具有其他技術(shù)難以超越的性能，因而為業(yè)界人士所重視。

2 超寬帶無(wú)線通信技術(shù)

超寬帶信號(hào)在傳輸過(guò)程中有些因素很容易導(dǎo)致接收機(jī)信號(hào)的波形發(fā)生嚴(yán)重的失真現(xiàn)象，如大尺度路徑損耗、陰影效應(yīng)、小尺度多徑衰落等因素都會(huì)影響到它。與此同時(shí)，其他一些因素也會(huì)影響信號(hào)，如多址技術(shù)干擾、窄帶方面的干擾和背景噪聲等。所以，必須解決以下一些關(guān)鍵技術(shù)，才能夠進(jìn)行進(jìn)一步的研究與開(kāi)發(fā)，一是接收機(jī)技術(shù)，二是同步技術(shù)，三是就信道估計(jì)。

2.1 Rake接收機(jī)

UWB收發(fā)信機(jī)的結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)要比那些傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單，因此UWB系統(tǒng)在家庭、辦公室等這些環(huán)境中應(yīng)用比較多，同時(shí)多徑信道的最大時(shí)延可以達(dá)到200ns以上，可分辨多徑數(shù)量與信號(hào)帶寬是有一定關(guān)系的，它們之間是成正比的，通常情況下可以高達(dá)幾十至上百條。

UWB信號(hào)有非常大的帶寬，這就導(dǎo)致了收發(fā)天線和無(wú)線信道都將會(huì)引起較嚴(yán)重的信號(hào)波形失真，如果瑞克接收機(jī)相關(guān)器模板仍然采用理想的脈沖波形，系統(tǒng)的性能將會(huì)受到很大的影響和損失。相關(guān)估計(jì)和修正脈沖信號(hào)是接收機(jī)相關(guān)器模板中必不可少的兩部分。換句話說(shuō)，相關(guān)器模板通常就是實(shí)際測(cè)到的UWB信號(hào)脈沖波形。

2.2 定時(shí)同步技術(shù)

在數(shù)字通信系統(tǒng)中，同步定時(shí)都是最根本的任務(wù)。對(duì)傳送的數(shù)據(jù)都是通過(guò)精確的同步算法來(lái)進(jìn)行相關(guān)接收的。

定時(shí)同步在UWB通信系統(tǒng)中有非常重要的位置，因?yàn)樵诙〞r(shí)同步中定時(shí)偏差和抖動(dòng)都會(huì)嚴(yán)重地影響到接收到的一些相關(guān)性能。一般定時(shí)同步分為兩個(gè)階段，一個(gè)是捕獲，另一個(gè)是跟蹤。在捕獲過(guò)程中，接收機(jī)的主要作用就是需要快速地搜索到信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，進(jìn)而根據(jù)結(jié)果調(diào)整接收機(jī)的定時(shí)問(wèn)題。至于同步跟蹤的問(wèn)題，接收機(jī)的另外一個(gè)主要作用就是對(duì)微小的定時(shí)偏差起到補(bǔ)償和保持同步的作用。

大體情況來(lái)講，數(shù)據(jù)輔助的定時(shí)同步和盲定時(shí)同步在UWB系統(tǒng)中目前來(lái)說(shuō)是最為重要的兩大類。對(duì)于盲定時(shí)同步的作用就是用來(lái)定時(shí)捕獲和跟蹤的，其主要依據(jù)是內(nèi)在的循環(huán)平穩(wěn)這一特征。雖然這種方法效率問(wèn)題上比數(shù)據(jù)輔助的同步方法上要高，但是在捕獲速度這方面及同步性能上會(huì)稍有遜色。

無(wú)論是定時(shí)同步還是盲定時(shí)同步，其主要不同之處應(yīng)該說(shuō)是相關(guān)器模板和先驗(yàn)信息的之間的不同。突發(fā)式的包傳遞模式是高速無(wú)線個(gè)域網(wǎng)中經(jīng)常采用的。

2.3 信道估計(jì)技術(shù)

非相干檢測(cè)在傳統(tǒng)的數(shù)字通信系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的位置，其定義是之相位之間沒(méi)有任何的關(guān)系、如果采用它，接收機(jī)的復(fù)雜度非但可以簡(jiǎn)化掉、就連信道估計(jì)也可以省掉了。通常情況下、系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃院凸β市市枰捎昧硪粋€(gè)方法，那就是采用相干檢測(cè)，因此UWB接收技術(shù)中還存在的關(guān)鍵問(wèn)題之一就是信道估計(jì)的一些問(wèn)題。

信道的估計(jì)方法一般可以分為兩大類，簡(jiǎn)單地先說(shuō)數(shù)據(jù)輔助一類，另一類信道估計(jì)就應(yīng)該是盲（Blind）信道估計(jì)了。對(duì)于前一種方法而言，其速度可以說(shuō)估計(jì)較快，但是還存在的一個(gè)問(wèn)題就是頻譜利用率和功率利用率，工作原理是利用已知的訓(xùn)練符號(hào)進(jìn)行估計(jì)。再來(lái)看盲信道估計(jì)就不一樣了，它不需要訓(xùn)練符號(hào)就可以利用本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或者是數(shù)據(jù)信息內(nèi)在的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行估計(jì)。但是，數(shù)據(jù)輔助的信道估計(jì)計(jì)算復(fù)雜度要高出很多，不僅如此，收斂速度也是相當(dāng)慢的。

UWB的信道的變化速度相當(dāng)慢，一般應(yīng)用于房屋內(nèi)，因?yàn)橛袝r(shí)候已經(jīng)可以看作是準(zhǔn)靜態(tài)了。數(shù)據(jù)輔助的估計(jì)方法對(duì)那種突發(fā)式的包傳遞模式來(lái)說(shuō)是較為理想的一種方法，因?yàn)樗烙?jì)信道不需要那么復(fù)雜，只需要插入一點(diǎn)訓(xùn)練符號(hào)即可，如果能夠再配合判決反饋來(lái)提高精度就可以說(shuō)得上更加完美了。

3 超寬帶無(wú)線通信的發(fā)展趨勢(shì)

超寬帶無(wú)線通信在具備多方優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，同樣也存在著諸多不足，如寬帶占用大，導(dǎo)致對(duì)其他無(wú)線通信系統(tǒng)造成強(qiáng)烈干擾，因而，眾多學(xué)者一直對(duì)超寬帶無(wú)線通信的頻率使用有著很大的爭(zhēng)議；另外，超頻帶在信號(hào)發(fā)射中具有較低的平均功率，脈沖時(shí)間也很短暫，這樣它的瞬時(shí)功率峰值就會(huì)非常大，這在一些行業(yè)使用上會(huì)有影響。

然而，這并不會(huì)對(duì)超寬帶無(wú)線通信的發(fā)展和運(yùn)用造成影響。當(dāng)前，無(wú)線多媒體、無(wú)線技術(shù)方面大量運(yùn)用無(wú)線通信技術(shù)，根據(jù)客戶的需求，自組小范圍自有網(wǎng)絡(luò)，傳輸數(shù)據(jù)，并可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中。同時(shí)，超寬帶無(wú)線通信被廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信和定位系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)等，為交通智能收費(fèi)、汽車行駛安全提供了低成本高性能的解決方案。利用具備無(wú)載波脈沖方式的超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于軍事、勘探等多個(gè)領(lǐng)域中，取得了非常好的效果。超寬帶無(wú)線通信作為當(dāng)前一種新興的無(wú)線通信技術(shù)，盡管還有許多的不成熟，但其應(yīng)用前景還是十分明朗的。隨著智能化電子設(shè)備發(fā)展加快，對(duì)短距離的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)快速傳輸越發(fā)迫切。當(dāng)前的超寬帶無(wú)線在頻率管制、標(biāo)準(zhǔn)化等方面雖與無(wú)線技術(shù)相互競(jìng)爭(zhēng)，但隨著無(wú)線多媒體發(fā)展，其在消費(fèi)電子、通信等領(lǐng)域會(huì)有大規(guī)模應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

超寬帶無(wú)線通信技術(shù)是當(dāng)前電子通信領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)。本文對(duì)超寬帶無(wú)線通信的發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)介，針對(duì)其技術(shù)上的功能和特征進(jìn)行了具體分析，并以此為基礎(chǔ)，探討了超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

參 考 文 獻(xiàn)

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